Embed Size (px)
Citation preview
STABFI
Kamila Cábová
Ohybová tuhost sendvičových panelů
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Motivace
Seznámení s podklady
pro analytický model ohybové tuhosti
sendvičových panelů
RFCS 751583
Steel cladding systems for stabilization of steel buildings in fire2
STABFI
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Obsah přednášky
3
o Úvod
o Experimenty
o Numerické modely
o Analytický model
Validace a doporučení
o Shrnutí
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Úvod
Interakce mezi pláštěm a ocelovou konstrukcí je
ovlivněna tuhostí a únosností:
o spojů / spojovacích prostředků
o sendvičových panelů
Přednáška se zabývá
tuhostí a únosností sendvičových panelů v
ohybu při požáru.
4
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Experimenty v ohybu
5
o Zkušební sestava
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Zkušební sestava
6
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Rozsah zkoušek
7
ce
lke
m 1
8 z
ko
uše
k
MV
PIR
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Zahřívání panelů
o Mannings HTC 70kVA
o Keramické dečky
8Rozmístění hřebíků a keramických deček
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Měření teploty
• Vnitřní plech
• Vnější plech
• Jádro panelu
9
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Měření deformace
10
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Panel s jádrem z minerální vaty
o Panel tloušťky 230 mm při 600°C 11
o Teplota
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Panel tloušťky 230 mm, délka 2,5 m12
Panel s jádrem z minerální vaty
o Závislost deformace na síle
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
13
Tvary porušení pro minerální vatu
o Panel tl.230 mm, délky 2,5 m, při 600°C
o Panel tl.230 mm, délky 2,5 m, při 20°C
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Panel tl.100 mm, délky 2,5 m, při 600°C 14
o Panel tl.100 mm, délky 2,5 m, při 20°C
Tvary porušení pro minerální vatu
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Panel tloušťky 100 mm při 300°C15
Panel s jádrem z PIR
o Teplota
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Panel tloušťky 100 mm, délky 2,5 m16
Panel s jádrem z PIR
o Závislost deformace na síle
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Panel tl.100 mm, délky 2,5 m, při 20°C
17
Tvary porušení pro PIR
o Panel tl.100 mm, délky 2,5 m, při 300°C
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Výsledky zkoušek
18
20 10,7 11,89 0,90
300 6,4 14,65 0,44
450 4,5 14,17 0,32
600 2,5 10,48 0,24
20 16,1 12,71 1,27
200 16,5 16,97 0,97
300 15,9 9,5 13,07 16,40 1,22 0,58
450 13,5 16,02 0,84
600 10,6 24,01 0,44
20 28,0 25,99 1,08
200 15,9 33,62 0,47
250 10,0 32,38 0,31
300 10,8 35,72 0,30
20 42,6 25,89 1,65
150 26,4 21,63 1,22
200 24,2 27,33 0,89
300 11,3 73,76 0,15
1000x2500
(mm)
1000x4000
(mm)
1200x2500
(mm)
1200x4000
(mm)
1000x2500
(mm)
1000x4000
(mm)
SPA E panel
100
230
Panel
Panel
thickness
(mm)
Temperature
(°C)
1000x2500
(mm)
1000x4000
(mm)
KS
1000RW
100
160
Temperature
(°C)
1200x2500
(mm)
1200x4000
(mm)
Test results
Deflection wFmax (mm)
1200x2500
(mm)
1200x4000
(mm)
Bending stiffness k (kN/mm)Test configuration Resistance Fmax (kN)
Panel
Panel
thickness
(mm)
MV
PIR
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Numerický model
o Abaqus
o Teplotní analýza
o Analýza mechanického chování
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Teplotní analýza
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Te
mp
era
ture
(ᵒC
)
Time (min)
Average upper sheet Average lower sheet Average core
o Panel s minerální vatou tl. 230 mm při 600°C
Model Experiment
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Teplotní analýza
o Panel s PIR tl. 100 mm při 300°C
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80
Te
mp
era
ture
(ᵒC
)
Time (min)
Average upper sheet Average lower sheet Average core
Model Experiment
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Uložení
o Výpočetní síť
o Zjednodušení – použití rovného spodního plechu
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Panel s PIR tl. 160 mm při 20°C
o Ortotropní materiál
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 5 10 15 20 25 30
Lo
ad
(kN
)
Displacement (mm)
Experiment
Simulation
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Panel s PIR tl. 160 mm při 20°C
o Napětí Von Mises pro jádro
o Mez kluzu materiálu jádra: 0,123 MPa
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Panel s PIR tl. 160 mm při 20°C
o Napětí Von Mises pro plášť
o Mez kluzu ocelového plechu: 280 MPa
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Panel s PIR tl. 160 mm při 20°C
o Porovnání deformovaného tvaru
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Mechanická analýza
o Panel s PIR tl. 160 mm při 150°C a 200°C
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Lo
ad
(k
N)
Displacement (mm)
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 20 40 60 80
Lo
ad
(k
N)
Displacement (mm)
Model
Experiment
Model
Experiment
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
o Ohybová tuhost sendvičového panelu s
profilovanou a rovnou stranou (PIR jádro)
Tabulka E.10.2 normy EN 14509:2013
kde
1
1
2
2 1 1 2 2
1 1 2 2
1 3.2
3
F
S
F
S
C
F F F F
S
F F F F
Bβ
BB
k
Bk
LG bD
E A E AB e
E A E A
=
++
=
=
+
( ) ( )3
384
5 1 3.2 1
SB
SL k β
=+ −
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
Vysvětlivky:
o Modul pružnosti neohřívaného a ohřívaného plechu
1
2 ,
=
=
F
F E
E E
E Ek (redukce modulu pružnosti pomocí součinitele dle EN 1993-1-2)
1 1 , 1
2 , 2
=
=
F cor F
F cor F
A b t
A bt
(b1 je délka střednice průřezu vnějšího plechu)
tcor,F1 = tF1 − 0.04 mm … pro vnější plech
tcor,F2 = tF2 − 0.04 mm … pro vnitřní plech
o Průřezové plochy vnějšího a vnitřního plechu
o Modul pružnosti jádra
GC
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
Vysvětlivky:
o Vzdálenost těžišť obou plechů
kde xF1 je poloha těžiště vnějšího plechu dle obrázku
21 1
2= + + +F
c F F
te t x D x
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
Vysvětlivky:
o Ohybová tuhost vnějšího plechu
1 1 1=F F FB E I
kde IF1 je moment setrvačnosti vnějšího plechu k vlastní ose
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
o Ohybová tuhost sendvičového panelu s
profilovanými stranami (minerální vata)
Tabulka E.10.2 normy EN 14509:2013
kde
( )3
384
5 1 3.2
SB
SL k
=+
2 2
3 3= =S S
C C C
B Bk
L G A L G bD
2 1 1 2 2
1 1 2 2
=
+
F F F FS
F F F F
E A E AB e
E A E A
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Validace analytického modelu
o Redukce modulu pružnosti pomocí kE,θ není
dostatečná
o Tuhost při zvýšené teplotě je násobkem tuhosti za
běžné teploty s redukčním součinitelem pro mez
úměrnosti
20 ,= pk k k
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Validace analytického modelu
o Porovnání tuhosti s MKP modelem
CaseT D
CoreB L ktheory kFEM ktheory /
kFEM[⁰C] [mm] [mm] [mm] [kN/mm] [kN/mm]
MW100-20 20 100 MW 1200 2350 1.08 0.82 1.32
MW100-300 300 100 MW 1200 2350 0.66 0.53 1.25
MW100-450 450 100 MW 1200 2350 0.42 0.37 1.14
MW100-600 600 100 MW 1200 2350 0.19 0.25 0.78
MW230-20 20 230 MW 1200 2350 2.96 1.87 1.58
MW230-200 200 230 MW 1200 2350 2.39 1.83 1.31
MW230-300-1 300 230 MW 1200 2350 1.81 1.68 1.08
MW230-300-2 300 230 MW 1200 3850 0.89 – –
MW230-450 450 230 MW 1200 2350 1.15 1.17 0.99
MW230-600 600 230 MW 1200 2350 0.53 1.06 0.50
Average 1.10
PIR100-20 20 100 PIR 1000 2350 0.84 1.21 0.70
PIR100-200 200 100 PIR 1000 2350 0.68 0.94 0.72
PIR100-250 250 100 PIR 1000 2350 0.60 0.86 0.70
PIR100-300 300 100 PIR 1000 2350 0.52 0.76 0.68
PIR160-20 20 160 PIR 1000 2350 1.38 1.87 0.74
PIR160-150 150 160 PIR 1000 2350 1.25 1.66 0.75
PIR160-200 200 160 PIR 1000 2350 1.12 1.24 0.90
PIR160-300 300 160 PIR 1000 3850 0.39 – –
Average 0.74
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Porovnání tuhostí s MKP modelem graficky
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
k FEM
[kN
/mm
]
ktheory [kN/mm]
MW
PIR
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 100 200 300 400 500 600
k θ/k 2
0
T [⁰C]
MW
PIR
kp,θ
Validace analytického modelu
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Porovnání tuhosti s experimenty graficky
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
k test
[kN
/mm
]
ktheory [kN/mm]
MW
PIR
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0 100 200 300 400 500 600
k test
,θ/k t
est
,20
T [⁰C]
MW
PIR
kp,θ
Validace analytického modelu
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Analytický model
o Deformace od teploty
( )2 12 2 1 1α T Tα T αT
θD D
−−= =
T1 (external face)
T2 (internal face)
DB
2
8θ
θLv =
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
o Deformace od teploty graficky
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80
v θ,test
[mm
]
vθ,theory [mm]
MW
PIR
Validace analytického modelu
Úvod
Zkoušky
Výsledky
Shrnutí
Shrnutí
39
o 18 zkoušek sendvičových panelů v ohybu
o MKP modely
o Analytický model pro výpočet ohybové tuhosti
doporučeno
20 ,= pk k k
![Dektime 07-2006 Milan - atelier-dek.cz · tepelné vodivosti [W/mK], λ k charakteristická hodnota součinitele tepelné vodivosti [W/mK], z 1 součinitel vnitřního prostředí](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/60697c5747fdc611be642890/dektime-07-2006-milan-atelier-dekcz-tepeln-vodivosti-wmk-k-charakteristick.jpg)
